KR20060102203A - 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 카본블랙을 보강제로 하는 타이어용 고무조성물에 있어서, 카본블랙과 원료고무와의 상용성 및 분산성 향상을 위해 분산제로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물을 포함하는 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 보강제로 카본블랙을 사용하는 타이어용 고무조성물에 있어서, 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물을 분산제로 사용하여 고무배합물 내에서 카본블랙의 분산성을 향상시킴으로써 물성을 개선하여 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
한편 본 발명은 카본블랙을 보강제로 사용하는 타이어용 고무조성물에 있어서, 분산제로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물을 사용하여 환경친화적이며, 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 카본블랙을 보강제로 하는 타이어용 고무조성물에 있어서, 카본블랙과 원료고무와의 상용성 및 분산성 향상을 위해 원료고무 100phr에 대하여 분산제로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물 1∼10phr 포함하는 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물을 나타낸다.

Description

내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물{rubber composition improved antiabrasion property for tire}
본 발명은 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 카본블랙을 보강제로 하는 타이어용 고무조성물에 있어서, 카본블랙과 원료고무와의 상용성 및 분산성 향상을 위해 분산제로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물을 포함하는 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.
종래 타이어용 고무조성물에 보강제로 실리카를 사용할 경우 높은 극성도와 친수성기에 의해 비극성 고무와의 혼화성이 카본블랙에 비해 나쁘며, 고무와의 상호작용이 약하고, 실리카 상호간에 응집력이 강하여 가공면에서 아주 불리하다.
이러한 문제를 해결하기 위해 실리카 표면을 실란커플링제로 처리하거나, 고무조성물에 실란 커플링제를 사용하여 실리카와 원료고무와의 상용성 및 분산성을 개선하였으나, 분산 불량에 의해 점도 상승 및 고무 물성이 하락하는 등 보강성이 다소 떨어지는 경향이 있어 실란 커플링제 이외에 실리카 분산조제를 첨가하여 실 리카의 분산성을 향상시키고 있다.
분산조제는 주로 금속 지방산 염(metal fatty acid salt)으로 구성된 화합물로서 금속이온은 주로 아연(zinc)이나 칼륨(potassium)이며, 이에 의한 친수성기와 지방산에 의한 소수성기를 동시에 가지고 있는 양친화성 물질이다.
분산조제의 금속이온은 실리카 표면의 실라놀 그룹(silanol group)들과 반응하여 수소결합이나 쌍극자 결합에 의해 서로 강하게 결합되어 있는 실리카 응집(agglomerating)에 대해서 분자간의 표면에너지를 감소시킴으로써 혼합 공정 중 비응집화(de-agglomerating)를 유도한다.
분산조제의 지방산은 고무사슬과 사용성이 우수하여 고무 사슬들을 딜루트(dilute) 시키는 역할을 하고 있다.
그러나 분산조제의 금속이온으로 사용되는 아연이 최근 환경적인 측면에서 생태계에 독성 유발 가능성이 있는 중금속으로 규제되어 고무조성물 내 아연함량을 낮추는 추세이다.
또한 고무 조성물에 보강제로 카본블랙을 사용할 경우 오일이나 레진 (resin) 종류의 상용화제를 주로 사용하였으나, 금속 지방산 염의 분산제를 사용할 경우, 카본블랙의 분산성이 향상되고 이에 따라 내마모 성능이 개선되는 효과를 나타낸다.
본 발명은 보강제로 카본블랙을 사용하는 타이어용 고무조성물에 있어서, 포 타지움 소우프(Potassium soap)와 지방산 에스터(Fatty acid ester)의 혼합물을 분산제로 사용하여 고무배합물 내에서 카본블랙의 분산성을 향상시킴으로써 물성을 개선하여 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물을 카본블랙의 분산제로 사용하여 카본블랙과 원료고무와의 상용성 및 분산성 향상에 의해 점도 개선 및 물성을 향상된 고무를 포함하는 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.
한편 본 발명은 카본블랙을 보강제로 사용하는 타이어용 고무조성물에 있어서, 분산제로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물을 사용하여 환경친화적이며, 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물을 제공할 수 있다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 카본블랙을 보강제로 하는 타이어용 고무조성물에 있어서, 카본블랙과 원료고무와의 상용성 및 분산성 향상을 위해 원료고무 100phr에 대하여 분산제로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물 1∼10phr 포함하는 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물을 나타낸다.
본 발명에서 원료고무는 종래 타이어용 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명에서 이러한 원료고무의 일예로서 천연고무나 합성고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무, 클롤로 부틸고무, 브로모 부틸고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
한편 본 발명에서 원료고무는 둘 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 이때 두 종류의 합성고무는 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 원료고무로 사용할 수 있다.
본 발명에서 카본블랙과 원료고무 및 기타 고무배합물과의 분산성을 향상시키기 위해 분산제로서 원료고무 100phr에 대하여 포타지움 소우프(potassium soap)와 지방산 에스터(fatty acid ester)의 혼합물을 1∼10phr 사용할 수 있다.
본 발명에서 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물로 이루어진 분산제를 원료고무 100phr에 대하여 1phr 미만 사용하면 카본블랙의 분산성을 향상시켜 점도 개선 및 물성이 향상된 고무를 얻기 어려우며, 10phr 초과하여 사용하면 과량의 분산제 사용으로 인해 고무의 물성이 감소될 우려가 있다.
따라서 본 발명에서 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물로 이루어진 분산제는 원료고무 100phr에 대하여 1∼10phr 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 분산제인 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물은 포타지움 소우프와 지방산 에스터가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 분산제의 일 구성성분인 지방산 에스터는 탄소수가 1∼20개인 지방산 에스터를 사용할 수 있다.
본 발명에서 다양한 수치 범위로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합비와 지방산 에스터에 대해 적용한바, 본 발명의 목적에 부합하는 고무조성물을 얻기 위해 지방산 에스터 및 분산제는 전술한 수치 범위의 탄소수를 가지는 지방산 에스터를 사용하는 한편, 전술한 수치 범위의 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 카본블랙은 종래 타이어용 고무조성물에 보강제로 사용하는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명에서 이러한 카본블랙의 일예로서 요오드 흡착가가 80∼150mg/g, DBP 흡착가가 70∼125mg/100g인 특성을 지닌 카본블랙을 원료고무 100phr에 대하여 45∼65phr 사용할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 카본블랙, 분산제 이외에 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 보강제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다.
그러나 이들은 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기의 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
하기의 표 1과 같이 천연고무를 원료고무로 하고, 원료고무 100phr에 대하여 카본블랙(N103) 50phr, 분산제로서 포타지움 소우프와 지방산 에스터가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 3phr, 산화아연 4phr, 스테아린산 3phr, 왁스 1.0phr, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 3.0phr을 반버리 믹서에 넣고, 혼합하여 160℃에서 15분 동안 혼합하여 방출하였다.
그런 다음 황 2.0phr, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 1.0phr을 상기 고무배합물이 함유된 반버리 믹서에 넣고, 혼합하여 145℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 지방산은 탄소수가 16개인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
분산제로서 포타지움 소우프와 지방산 에스터가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 5phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
분산제로서 포타지움 소우프와 지방산 에스터가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물10phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<비교예>
분산제로서 포타지움 소우프와 지방산 에스터가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 대신 기존의 분산제인 아연함량이 8.3％인 징크-포타지움 소우프(zinc-potassium soap) 3phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<표 1>비교예 및 실시예 고무의 조성성분(단위 :phr)
항목 비교예 실시예1 실시예2 실시예3
원료고무 100 100 100 100
카본블랙(N103) 50 50 50 50
분산제(1) - 3 5 10
분산제(2) 3 - - -
노화방지제 3.0 3.0 3.0 3.0
왁스 1.0 1.0 1.0 1.0
산화아연 4 4 4 4
스테아린산 3 3 3 3
황 2.0 2.0 2.0 2.0
가류촉진제 1.0 1.0 1.0 1.0
(1)분산제 : 포타지움 소우프와 탄소수가 16개인 지방산 에스터가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물
(2)분산제 : 아연함량이 8.3％인 징크-포타지움 소우프
<시험예>
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무에 대해 레오미터, 무니시험, 인장시험, 동적시험, 발열시험, 마모시험과 같은 물성을 ASTM 관련 규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
<표 2> 비교예 및 실시예 고무의 물성 결과
항목 비교예 실시예1 실시예2 실시예3
레오미터 T40 15.6 15.7 15.5 15.8
T90 23.2 23.3 24.3 25.4
최대토크 41.6 42.0 41.8 43.2
무니시험 점도 68 68 65 62
스코치시간(분) 31.0 29.5 29.0 28.6
인장시험 경도 67 67 67 68
300％모듈러스 139 135 137 142
인장강도 293 283 295 300
신장율 515 517 529 516
동적시험 Tanδ0℃ 0.185 0.176 0.180 0.179
Tanδ60℃ 0.118 0.109 0.094 0.089
발열시험 ΔTemp.(℃) 22.5 22.5 22.5 22.5
압축셋(％) 97 97 97 97
마모시험 DIN(g) 0.135 0.130 0.125 0.110
PICO(mg) 24.5 24.0 23.0 20.5
상기 시험예의 표 2에서처럼 본 발명의 고무조성물로 이루어진 고무인 실시예 고무는 종래 고무조성물로 이루어진 고무인 비교예 고무와 대비시, 레오미터, 무니시험, 인장시험, 발열시험에서는 동등 수준 이상의 물성을 가지고 있음을 알 수 있다. 또한 동적시험과 마모시험에 대해 실시예 고무가 비교예 고무 보다 우수한 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.
결과적으로 분산제로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물을 포함하는 고무는 종래 분산제로 아연-포타지움 소우프를 사용하는 고무에 비해 동적시험과 마모시험 특성이 우수해 본 발명의 고무조성물은 분산제에 의해 카본블랙이 분산성이 향상되었음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해 당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 카본블랙을 보강제로 하는 타이어용 고무조성물에 있어서,
    카본블랙과 원료고무와의 상용성 및 분산성 향상을 위해 원료고무 100phr에 대하여 분산제로 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물 1∼10phr 포함함을 특징으로 하는 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 포타지움 소우프와 지방산 에스터의 혼합물은 포타지움 소우프와 지방산 에스터가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합물 임을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
  3. 제1항에 있어서, 지방산 에스터는 탄소수가 1∼20개인 지방산 에스터 임을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
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